光周期对低温饲养异色瓢虫四种酶活性和能源物质含量的影响

于海霞，张琪琪，郑长英，孙丽娟

(青岛农业大学植物医学学院, 山东青岛266109)

异色瓢虫[Harmoniaaxyridis(Pallas)]是农林蚜虫的优势天敌[1-2]，在中国北方于10月中下旬至来年4月中旬处于成虫滞育阶段[3]，这种生态特性大大限制了异色瓢虫在北方温室蚜虫防治中的应用。

光周期是影响异色瓢虫生长发育和繁殖的重要环境因素[4-6]，并且对异色瓢虫滞育诱导和解除具有重要作用[5,7]。光周期对捕食和生长发育的调控作用已经在多种瓢虫中报道。Nick等[8]发现，在一定范围内，光照时间增加能够促进异色瓢虫的生长发育；Omkar等[9]还发现，在适宜的温度条件下，光照增加还促进喙瓢虫属七星瓢虫(CoccinellaseptempunctataL.)和狭臀瓢虫(CoccinellatransversalisFabricius)幼虫的捕食和发育。利用光周期培育异色瓢虫低温种群并提升和改善异色瓢虫在低温条件下的捕食和发育对异色瓢虫低温应用具有重要意义。

Na+-K+-ATP酶(Na+-K+-ATPase)和乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase，LDH)是反映异色瓢虫在低温条件下的新陈代谢能力的两种重要指示性代谢酶[10]。保护酶超氧化物歧化酶(superoxide disambiguation，SOD)和过氧化氢酶(catalase，CAT)则能够清除细胞内因低温累积的过多的活性氧、羟自由基及其他过氧化物，这两种酶活性也能够反映昆虫在低温条件下的生理状态[10]。糖、脂肪、蛋白作为昆虫的主要能源物质，含量或浓度对昆虫在特定条件下的代谢水平具有重要的指示作用[11-12]。课题组前期研究表明，低温条件下，长光照可显著提高低温条件下生活的异色瓢虫的发育速度和繁殖力。为明确光周期对低温生存的异色瓢虫发育和繁殖的调控机制，本文研究了不同光周期对低温饲养的异色瓢虫体内酶活性和能源物质含量的影响，以期为异色瓢虫低温种群的培育和应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试虫源

异色瓢虫采自青岛农业大学校园，在实验室于LED人工气候箱(RDN-300D，宁波乐电仪器制造有限公司)饲养1代后用于试验。培养条件为20 ℃，每天16 h光照、8 h黑暗，相对湿度为70%±10%。

1.2 试验方法

1.2.1 饲养取样

异色瓢虫卵孵化后，用小毛笔将刚孵化的幼虫挑入底部铺有湿润滤纸的培养皿(直径为75 mm)中，挑入足量的桃蚜[Myzuspersicae(Sulzer)]，并覆盖扎孔的保鲜膜，置于15 ℃，9L∶16D(短光照)、12L∶12D(中光照)、16L∶8D(长光照)条件下单头饲养。成虫羽化后于7日龄取样，先在液氮中固定3 min，再置于-80 ℃超低温冰箱中保存备用。每个处理测定10头瓢虫，设3个生物学重复。

1.2.2 酶活性测定方法

采用试剂盒(南京建成生物工程研究所)测定每毫克蛋白中超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、乳酸脱氢酶、Na+-K+-ATP酶的比活力。

1.2.3 能源物质测定方法

可溶性糖含量测定参照王红等[13]的方法；海藻糖含量测定参照易传辉等[14]的方法；可溶性蛋白含量测定参照程伟霞等[15]的方法；脂肪测定参照Folch等[16]的方法。

1.3 数据处理与分析

利用Excel软件计算数据的平均值。利用SPSS 19.0软件进行Tukey氏检验，分析不同处理间的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 光周期对低温饲养的异色瓢虫代谢酶Na+-K+-ATP酶和乳酸脱氢酶活性影响

不同光周期处理下异色瓢虫两种代谢酶Na+-K+-ATPase和LDH活性见图1。这两种酶活性在长光照处理组中最高，比活力分别为0.40 U/mg(图1A)和35.81 U/mg(图1B)，与短光照和中光照处理组差异显著，相对于短光照处理组，比活力分别提高33.33%和231.88%。Na+-K+-ATPase活性在中光照处理组和短光照处理组间无显著差异，LDH活性则差异显著(P<0.05)。

图1 不同光周期下饲养的异色瓢虫成虫Na+-K+-ATP酶(A)和乳酸脱氢酶(B)比活力

2.2 光周期对低温饲养的异色瓢虫超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性的影响

不同光周期处理下异色瓢虫两种保护酶SOD和CAT活性见图2。这两种酶活性在长光照处理组中最高，比活力分别为160.48 U/mg(图2A)和4.50 U/mg(图2B)，与短光照处理组差异显著(P<0.05)，相对于短光照处理组，比活力分别提高27.64%和45.16%。SOD和CAT活性在短光照处理组与中光照处理组间均无显著差异。

图2 不同光周期下饲养的异色瓢虫成虫SOD(A)和CAT(B)比活力

2.3 光周期对低温饲养的异色瓢虫体内能源物质含量影响

不同光周期下，低温饲养的异色瓢虫体内能源物质含量见图3。短光照处理组中，异色瓢虫成虫体内的可溶性糖含量最高，为12.52 μg/g，中光照处理组次之，含量为10.57 μg/g，长光照处理组含量最低，为9.00 μg/g，三者之间差异显著(图3A)。短光照与中光照处理组中脂肪含量较高，分别占异色瓢虫干质量的52.71 %和49.33 %，与长光照处理组39.74 %差异显著(图3B)。中、长光照处理组中海藻糖含量较高，分别为3.68 μg/mg和3.08 μg/mg，与短光照处理组差异显著，相对于短光照处理组，含量分别提高74.41%和45.97%(图3C)。异色瓢虫体内可溶性蛋白含量在长光照处理组中最高，为4.54 μg/μL，与短光照处理组差异显著(P<0.05)，相对于短光照处理组，含量提高20.60%；中光照处理组蛋白含量与长、短光照处理组差异均不显著(图3D)。

3 讨论

在自然界中，昆虫处于多种环境因子的综合作用之下，光周期与温度的交互作用表现最为突出。光周期和温度交互作用可见于对红蝽(PyrrhocorisapterusL.)[17]和步甲[Amaracommunis(Panzer)][18]的研究，研究者认为，光周期能够修饰这两种昆虫的热反应模式，从而调节它们的季节发育。

A.可溶性糖；B.脂肪；C.海藻糖；D.蛋白。

Dmitry等[19]的研究也表明，杨叶甲(ChrysomelapopuliL.)幼虫发育的较低温度阈值取决于光周期条件。李玉艳等[20]的研究表明，长光照可降低低温条件下烟蚜茧蜂(AphidiusgifuensisAshmaed)的滞育率。这些研究都对利用光周期调控建立昆虫种群尤其是低温条件下的天敌昆虫种群具有重要意义。本研究从生理代谢角度研究了异色瓢虫生长发育过程中光照对低温的补偿性调控作用，研究结果可以为异色瓢虫低温种群的培育及光调控下的低温应用提供参考。

在低温环境中，昆虫体内的多种生物过程呈现减缓甚至停滞状态[21]。长期暴露于持续低温会造成昆虫生理过程受阻和组织结构受损，如离子调节失衡、膜脂相变[22]、体内自由基产生和清除间的平衡被破环、新陈代谢紊乱等，代谢酶和保护酶活性变化往往能够反映这些生理变化[23]。本文研究了不同光周期处理对低温饲养异色瓢虫的两种主要代谢酶Na+-K+-ATPase和LDH及两种主要保护酶SOD和CAT的活性的影响，结果表明，在较低的温度条件下，长光照使Na+-K+-ATP酶和LDH保持较高的活性，说明长光照在一定程度上缓解了持续低温造成的抑制，提高了异色瓢虫的生命活力，本结果与前期得到的长光照比短光照更能促进异色瓢虫生长发育和繁殖的结论相互支持(未发表数据)。长光照条件下，异色瓢虫体内两种保护酶SOD和CAT的活性也较短光照条件下提高。一般认为，低温伤害会使昆虫体内积累大量活性氧和自由基，这些物质的浓度一旦超过阈值就会造成新陈代谢紊乱[23]。SOD和CAT为典型的抗氧化酶，有助于清除昆虫体内累积的自由基。长光照处理下，异色瓢虫体内两种保护酶活性较高意味着长光照可提高低温生活的异色瓢虫的机体自我保护能力，减少了长时间低温环境导致的生理伤害[24-25]。

糖、脂肪和蛋白是生物体重要的能源物质，脂肪和碳水化合物则是滞育昆虫越冬的主要储备性能量物质[26]。本研究发现，15 ℃条件下，短光照处理的异色瓢虫成虫体内可溶性糖和脂肪含量较长光照处理显著升高，说明长光照提升了低温生活的异色瓢虫的代谢水平，使储备性能源物质消耗更多。海藻糖是昆虫血糖的最主要形式，为昆虫体内的活性糖，其含量也可反映昆虫代谢水平[27]。本研究发现中、长光照处理组异色瓢虫体内海藻糖含量较短光照处理组显著升高，说明中、长光照可使异色瓢虫生理代谢更加活跃。蛋白质是形成昆虫卵子和精细胞的重要能量物质[28-29]，储备足够的蛋白质是昆虫生殖系统发育的必要条件[30]。本研究中，长光照下的异色瓢虫因无须储备滞育所需的大量脂肪和碳水化合物，反而储备了较多蛋白用于后期繁殖。

本研究发现，光周期对异色瓢虫生理特性具有显著的影响，但具体机制尚不明确，今后有必要进一步研究。